基于熵理论的海上危化品运输系统安全研究海上散装危险化学品（简称“危化品”）运输是大宗货物运输的一种，处于化工产业链的上中游，是国民经济发展的基础和有力保障.近年来，国内外学者在海上危化品运输安全及其相关领域开展了广泛研究，并提出各种研究方法，如数理统计方法、基于概率论和蒙特卡洛模拟的方法、层次分析法、模糊综合评价法、基于DS证据理论的方法以及系统动力学方法等.由于受到货物敏感危险属性及海运环境复杂性的共同作用，海上危化品运输系统表现出显著的多元性特点，更适合以系统论为基础、以稳定性为着眼点开展安全研究. 1海上危化品运输系统的构成及复杂性 根据《国际散装运输危险化学品船舶构造和设备规则》（IBC Code， International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Dangerous Chemicals in Bulk）的定义，“散装危险化学品”是“那些在温度为37.8 ℃时，蒸气绝对压力不超过0.28 MPa的液体”.这些液体通常具有腐蚀、毒害、易燃、易爆等性质，在运输、生产、管理等过程中极易造成环境灾难、人身伤亡及载运工具损失.海上危化品运输系统是个典型的复杂系统，具有不确定性、动态性、开放性、突变性和不可逆性等特点. 1.1海上危化品运输系统构成 从“人机环境”系统工程学角度看，海上交通工程学的人、船、环境分别对应系统工程学的人、机、环境.这种系统构建方法没有单独考虑货物因素，而是将其归为船因素的一个子因素，原因在于常见的普通海上运输系统中货物因素相对稳定，将其放入船因素中可大幅降低研究难度.然而，由于海上危化品运输系统中的货物具有明显的危险属性，危化品运输船舶在航行中需要精细的管理行为，包括控制温度、压力，防火，防爆，防止货物及货物蒸气泄漏，防止人员及环境伤害等；同时，由于危化品船舶航期短、周转快，海上备舱过程复杂，会频繁进行蒸舱、洗舱、验舱等危险性操作；另外，相较于普通海上货物运输，危化品运输事故对环境危害更大，持续时间更长，更易造成社会恐慌.可见，在海上危化品运输系统中货物是不可忽略的安全因素.“人机环境”系统工程学是一门技术科学，研究目的是如何科学地设计一个系统，并使其安全、高效、经济地运行.而海上交通工程学解决的是，在一个既定的系统中协调人、船、环境三者之间的关系，以达到安全运营的目的.前者强调设计，而后者强调管理.在海上危化品运输系统中，由于引入货物因素，管理的必要性被进一步加强. 因此，构建海上危 化品运输系统，见图1. 图1中：顶点S，H，E和C分别代表运输系统的船、人、环境和货物；M代表管理，位于立方体内部，是各因素连接的节点. 1.2海上危化品运输系统的复杂性 系统是在一定环境中相互之间具有一定关系的 各组成成分的总体.为研究方便，定义海上危化品运输系统为母系统（简称系统），称各安全因素为子系统.海上危化品运输系统包含船、人、环境、货物和管理5个子系统. 传统海上交通工程学主要关注船、人、环境3个因素对系统安全的影响.在危化品运输系统中，货物因素除对系统安全产生直接影响外，还会对其他各因素产生复杂作用，例如对人的心理、生理状态的影响，对船体、管线、货舱的腐蚀，对船员管理行为的影响等.此外，货物还会引起其他安全因素间的相互作用，这种作用较普通海上货运系统复杂得多，例如，危化品船舶对人的管理水平要求更高，船舶对环境更敏感等. 根据系统论，若系统的子系统种类较多且结构具有层次性和复杂的关联性，则称该系统为复杂系统.可见，海上危化品运输系统是个复杂系统. 1.3海上危化品运输系统的耗散结构 从耗散结构理论而言，海上危化品运输系统还具有耗散结构的典型特征：一定的开放性、系统远离平衡态、子系统间非线性、涨落有序等. 1.3.1一定的开放性 复杂系统的开放性是指系统与外界保持不间断联系和交流的性质，包括物质、信息和能量的交换以及与外界的相互作用.定义系统开放度 O=f（ΔM，ΔE，ΔI） （1） 式中：ΔM，ΔE和ΔI分别为系统与外界环境交换物质、能量、信息量的多少.当O≠0时，系统具有一定的开放性，这也是系统演变的前提. 在海上危化品运输系统中，货物的装卸、压载水的加排、货物蒸气的排放及回收等属于物质交换；货物受环境影响温度产生变化，主机或舵与海水的相互作用等属于能量交换；通信导航系统信息的收发，岸上信息对船员心理的作用等属于信息交换.在上述3种交换中，能量交换和信息交换是系统安全的保障，安全的物质交换是系统的目标和结果.物质交换失败往往预示着事故的发生. 1.3.2系统远离平衡态 在开放的海上危化品运输系统内，多种指标项依据其相互关联性构成系统的各子系统（即安全因素）.从时间上看，运输系统中各子系统及其构成指标项间的发展变化存在不平衡，对整个运输系统的影响存在势差，势差形成动态性的流和力.开放条件下，在系统内外因素的共同作用下，海上危化品系统开放度会进一步加大，物质、信息和能量交换也会进一步加剧，即非平衡作用逐渐加强.通过开放性，运输系统不断从外界获得负熵流，熵流项的绝对值不断增大，能够抵消的熵产生值就越多，系统总熵也就不断减少，最终使得系统处于一种远离平衡的状态. 1.3.3子系统间非线性 作为一个复杂系统，海上危化品运输系统内各子系统、子系统内部安全指标之间的相互作用不是简单的叠加，而是一种复杂的综合现象，具有典型的非线性特征.在系统演变过程中，子系统或各安全指标的变化，有的对演变起促进作用，有的对演变起抑制作用，有的在一定程度下起抑制作用，超过这个程度可能起到促进作用（例如，风在一定程度上有利于毒气的消散，但是过猛烈的风会对安全造成威胁）.可见，系统内子系统及其指标间存在非线性，是系统有序结构得以形成的内在动力. 1.3.4涨落有序 涨落实质上是一种空间上的干扰行为，它是物质交换、信息交换和能量交换的必然结果.当系统远离平衡态且内部具有正反馈机制时，偏离平均值的微小涨落被正反馈机制不断放大，变成巨涨落，从而导致体系发生非平衡相变，促使系统从不稳定状态跃迁到一个新的有序状态.在海上危化品运输系统中，外界因素的改变（如气温、海况、管理体制等的变化）都会对系统涨落构成影响.由于不仅系统处于非平衡态，而且各子系统间还具有非线性的相互作用，即系统各部分间相互作用、相互耦合、相互制约，最终使得微小的涨落被放大，从而形成时空有序的耗散结构.。